6. Методи очищення золів: діаліз, електродіаліз, ультрафільтрація
Діаліз. Очищуваний золь, заливають у посудину, дном якого служить мембрана, що затримує колоїдні частинки або макромолекули і пропускає молекули розчинника і низькомолекулярні домішки. Зовнішнім середовищем, що контактує з мембраною, є розчинник. Низькомолекулярні домішки, концентрація яких в золі або макромолекулярному розчині вище, переходять крізь мембрану в зовнішнє середовище (діалізат). Очищення йде до тих пір, поки концентрації домішок в золі і діалізаті не стануть близькими за величиною. Якщо оновлювати розчинник, то можна практично повністю позбутися від домішок.
Таке використання діалізу доцільно, коли мета очищення - видалення всіх низькомолекулярних речовин, що проходять крізь мембрану. Однак в ряді випадків завдання може виявитися складніше - необхідно звільнитися тільки від певної частини низькомолекулярних сполук в системі. Тоді як зовнішнього середовища застосовують розчин тих речовин, які необхідно зберегти в системі. Саме таке завдання ставиться при очищенні крові від низькомолекулярних шлаків і токсинів (солей, сечовини і т.п.). Якщо видаляти поспіль всі низькомолекулярні компоненти крові, то починається руйнування клітин, що, в свою чергу, може привести до загибелі організму.
Електродіаліз. Очищення від електролітів можна значно прискорити дією прикладеної різниці потенціалів (електроміграціі). Такий метод очищення називається електродіалізом. Його використовують для очищення різних біологічних об'єктів (розчини білків, сироватка крові та ін.).
Ультрафільтрація. Ультрафільтрація - метод очищення колоїдних систем шляхом продавлювання дисперсійного середовища разом з низькомолекулярними домішками через ультрафільтри. Ультрафільтри служать мембрани того ж типу, що і для діалізу. У мішечок з ультрафільтри наливають очищається золь або розчин високомолекулярної речовини. До золю докладають тиск, надлишковий в порівнянні з атмосферним. Дисперсійне середовище оновлюють, додаючи до золю чистий розчинник.
Ультрафільтрація використовується не тільки для видалення низькомолекулярних компонентів суміші, а й для концентрування систем і розділення речовин з різною молекулярною масою. Цим методом очищають стічні води, відокремлюють культуральні рідини від продуктів мікробіологічного синтезу, концентрують біологічно активні речовини: білки, ферменти, антибіотики і т.д.
В останні роки ультрафільтрація поряд з діалізом набула поширення в клініці для обробки крові. Цей метод застосовується для виведення з організму токсичних речовин і, якщо це необхідно, для видалення надлишку рідини.
II. Розділ «Оптичні властивості колоїдних систем»
1. Оптичні властивості колоїдних систем. Опалесценция і флуоресценція
Проходження світла через колоїдну систему викликає три оптичних ефекту: поглинання, відображення і розсіювання променів. Поглинання властиво всім системам, тоді як відображення більш характерно для грубодисперсних систем (емульсій та суспензій), де розмір часток більше, ніж довжина хвилі опромінення. Тому, на відміну від молекулярних та іонних розчинів, які не мають поверхні розділу фаз і оптично однорідні, колоїдні розчини розсіюють світло.
Це проявляється опалесценцией у вигляді блакитного матового світіння при освітленні боковим світлом. При пропущенні паралельного пучка світла через колоїдний розчин спостерігається конус розсіяного світла - ефект Тиндаля. За здатністю розсіювати світло можна визначати концентрацію колоїдних частинок в розчині - метод нефелометрії.
Опалесценция (светорассеяніє) спостерігається тільки тоді, коли довжина світлової хвилі більше розміру частки дисперсної фази. Якщо довжина світлової хвилі багато менше діаметра частки, відбувається віддзеркалення світла, що виявляється в каламутності.
Розсіяне світло має ту особливість, що він поширюється на всіх напрямках. Інтенсивність розсіяного світла в різних напрямках різна.
З опалесценцией зовні схожа, флуоресценція, характерна для істинних розчинів деяких барвників. Вона полягає в тому, що розчин при спостереженні у відбитому світлі має інше забарвлення, ніж у поточному, і в ньому можна бачити такий же конус Тиндаля, що і в типових колоїдних системах. Однак по суті це абсолютно різні явища. Опалесценция виникає в результаті розсіювання світла, при цьому довжина хвилі розсіяного світла та ж, що і падаючого. Флуоресценція ж являє собою внутримолекулярное явище, яке полягає в селективному поглинанні молекулою речовини світлового променя і в трансформуванні його в світловий промінь з іншого, більшою довжиною хвилі.
2. Поглинання світла дисперсними системами. Залежність поглинання від концентрації. Закон Бугера-Ламберта-Бера
У 1760г. Ламберт, а ще раніше Бугер встановили таку залежність між інтенсивністю минулого світла і товщиною середовища, через яку цей світ пройшов:
,
де - інтенсивність минулого світла;
- інтенсивність падаючого світла;
- товщина поглинає світла.
Відповідно до закону Бугера-Ламберта - кожний наступний шар поглинає ту ж частку світла, що проходить, що і попередній.
Бер показав, що коефіцієнт поглинання розчинів з абсолютно безбарвним і прозорим розчинником пропорційний молярної концентрації розчиненого речовини:.
Вводячи значення молярного коефіцієнта поглинання в рівняння Бугера-Ламберта, отримаємо закон Бугера-Ламберта-Бера:
,
Закон встановлює залежність інтенсивності минулого світла від товщини шару і концентрації розчиненого речовини.
Логаріфміруя рівняння, отримаємо:
,
де - оптична щільність розчину;
Якщо, розчин не адсорбує світла, тоді закон Бугера-Ламберта-Бера має вигляд:
,
тобто інтенсивність минулого світла буде дорівнює інтенсивності падаючого.
Молярний коефіцієнт поглинання залежить від довжини хвилі адсорбуючого світла, температури і природи розчиненої речовини і розчинника і не залежить від концентрації розчину.
Закон Бугера-Ламберта-Бера докладемо для золів високої дисперсності, якщо шар рідини не занадто товстий, а концентрація розчину не надто велика.
Для металевих золів рівняння светопоглощения має враховувати дисперсність системи:
,
Інформація про роботу «Поверхневі явища»
Розділ: Хімія
Кількість знаків з пробілами: 51498
Кількість таблиць: 0
Кількість зображень: 4